Конкурс «био/мол/текст»-2017

Эта работа опубликована в номинации «Своя работа» конкурса «био/мол/текст»-2017.

---

Генеральный спонсор конкурса — компания «Диаэм»: крупнейший поставщик оборудования, реагентов и расходных материалов для биологических исследований и производств.

---

Спонсором приза зрительских симпатий и партнером номинации «Биомедицина сегодня и завтра» выступила фирма «Инвитро».

---

«Книжный» спонсор конкурса — «Альпина нон-фикшн»

Памятники науки существуют вечно

Если речь заходит об имплантологии , то на слуху чаще всего такие страны-производители имплантатов как Швейцария, США, Германия, Корея и ряд других. А развивается ли данная отрасль в России? Охватить всю страну в одной статье — чрезвычайно сложная задача, поэтому здесь речь пойдет о конкретном институте и об одной конкретной лаборатории — Институте химии твердого тела Уральского отделения Российской академии наук и лаборатории гетерогенных процессов.

На «Биомолекуле» есть целый раздел, посвященный искусственным органам, трансплантологии и тканевой инженерии. Также в конкурсе «био/мол/текст»-2017 в номинации «Биомедицина сегодня и завтра» участвует работа «Что такое нейропротезирование? Это вредно?», рассказывающая об управляемых мозгом протезах [1]. — Ред.

Давайте для начала определимся, что же такое имплантат.

Имплантат

вещество, которое может временно или на постоянной основе дополнять, замещать или оказывать лечебное действие на любую ткань, орган или функцию организма (пример на рис. 1). Эти вещества могут различаться по своей природе, механизму и направленности действия.

Основным параметром при выборе материала для имплантата является его «вживляемость». Общеизвестно, что у некоторых людей металлические имплантаты отторгаются организмом, вызывают боль и просто неприятные ощущения.

Одна из перспективных групп синтетических веществ, используемых в медицине в качестве имплантатов, — биокерамика. Особенно часто используются биокерамические материалы на основе ортофосфата кальция благодаря его ярко выраженному сродству с живыми тканями, которое способствует лучшему вживлению имплантата. Значительные успехи наблюдаются в разработках биокерамических материалов на основе гидроксиапатита (ГАП) состава Ca₁₀(PO₄)₆(OH)₂ [2], являющегося по химическому и фазовому составу аналогом минеральной составляющей костной ткани человека.

Получить гидроксиапатит можно различными способами: например, переработкой костей крупного рогатого скота либо искусственно из реагентов в химической лаборатории. В лаборатории гетерогенных процессов Института химии твердого тела разработали и запатентовали (рис. 2) уникальную технологию получения биологически активного гидроксиапатита (пат. 2406693 РФ, МПК C01B 25/32).

Характерным свойством гидроксиапатита является его способность к «превращению» в настоящую кость. То есть человеческий организм способен из искусственно привнесенного гидроксиапатита создавать собственные новые ткани.

К сожалению, серьезным недостатком биокерамических имплантатов оказываются их недостаточные прочностные характеристики. Сейчас существует огромное количество предложений по упрочнению биокерамики. Пробуют вводить всевозможные добавки или сам гидроксиапатит наносить на различные основы. Оба варианта по-своему интересны и заслуживают пристального внимания со стороны экспериментаторов.

26–27 апреля 2017 года в городе Екатеринбурге на Российской молодежной научной конференции, посвященной 175-летию со дня рождения профессора Н.А. Меншуткина, «Проблемы теоретической и экспериментальной химии XXVII» был представлен устный доклад «Изучение свойств твердых растворов СаF₂–ГАП», материалы которого в дальнейшем перешли в выпускную работу бакалавра: «Изучение взаимодействия в системе Са₁₀(РО₄)₆(ОН)₂–СаF₂, оценка влияния состава на прочность композиционного материала», защита которой прошла в том же 2017 году (рис. 3).

В работах была поставлена цель улучшить прочностные характеристики биокерамики. В качестве упрочняющей добавки использовали фторид кальция. При этом опробовали различные способы приготовления образцов, проводили их термообработку, отслеживали изменение свойств и структуры в зависимости от температуры отжига. Установили, что при взаимодействии гидроксиапатита с фторидом кальция образуется новая фаза — фторапатит, которая увеличивает прочность керамики. Такую биокерамику можно рассмотривать в качестве материала для имплантатов. Сейчас в этом направлении ведут дальнейшие исследования.

С другой стороны, годом ранее в журнале «Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов» вышла статья «Исследование ГАП-содержащих биокомпозитов на основе титана различной пористости методом сканирующей электронной микроскопии», а в августе 2016 года на VI Международной конференции «Наноматериалы и технологии» — состоялся устный доклад на тему «Композиционные биоматериалы ГАП–Ti: получение, структура, свойства». В последней работе пытались решить проблему отторжения металлического (титанового) имплантата организмом человека. Для этого наносили гидроксиапатит на титановую основу. Пробовали как компактный титан, так и титан различной пористости. В результате подобрали оптимальные условия нанесения гидроксиапатита и оптимальную пористость титана. Дальнейшие исследования должны проводиться на животных с целью выяснения действительно ли «вживляемость» имплантатов может быть улучшена таким образом.

В апреле 2017 года на конференции «Проблемы теоретической и экспериментальной химии XXVII» помимо прочего был представлен стендовый доклад «Исследование возможности получения ГАП-покрытий на полимерной матрице», в котором изучались (как и в случае с титаном) способы нанесения гидроксиапатита на полимер класса полиаминов. Эта тема еще находится в стадии разработки, поскольку для дальнейшего изучения и применения необходимо подобрать такой полимер, который будет со временем рассасываться в организме.

На сегодняшний день в лаборатории гетерогенных процессов Института химии твердого тела продолжается работа над биокерамическими материалами на основе гидроксиапатита с целью их усовершенствования и последующего внедрения в хирургическую практику.

Литература

1. Что такое нейропротезирование? Это вредно?;
2. Гидроксилапатит — самый главный из фосфатов кальция.